Vortrag am 22. Mai 2003 im Collegium Alexandrinum

Chemie, die uns nachdenken läßt – Signalübertragung an Synapsen – Synthese von Neurotransmittern

PD Dr. Hans-Georg Breitinger

Institut für Biochemie

Emil-Fischer-Zentrum

Lehrstuhl für Biochemie und Molekulare Medizin

Universität Erlangen-Nürnberg
Fahrstr. 17
91054 Erlangen 

Signalübertragung im Nervensystem erfordert eine feinabgestimmte Zusammenarbeit von Proteinen, Molekülen und Ionen. Die Erzeugung eines
elektrischen Nervensignals, sowie die Übertragung und Verarbeitung dieses Signals an chemischen Synapsen wird vorgestellt. Höhere
Leistungen des Nervensystems werden an einigen Beispielen (Drogen, Gaseinsatz Moskau, der Fall Phineas Gage) demonstriert.

Das menschliche Nervensystem besteht aus ca. 10(12) Neuronen, die miteinander kommunizieren. Die Signalweiterleitung innerhalb einer Nervenzelle, wie auch die Reizübertragung von Zelle zu Zelle erfordern ein geregeltes Zusammenspiel einer Vielzahl zellulärer Proteine. Mittels verschiedener Transporter und Pumpen erzeugt jede Zelle ein typisches Konzentrationsmuster an Ionen, das zu einem elektrischen Potential eines Neurons von ca. -70 mV gegenüber dem Extrazellulärraum führt.
Ionenkanäle vermitteln eine kurzfristige Steigerung der Membranleitfähigkeit für einzelne Ionen, was zu einer Potentialänderung, und damit zu einem elektrischen Reiz innerhalb des Neurons führt. Ionenkanäle werden entweder durch eine Potentialänderung an der Zellmembran aktiviert (spannungsgesteuert), oder öffnen sich nach Bindung eines spezifischen Neurotransmitters (ligandengesteuert). Im Gegensatz zur gut charakterisierten Funktion der Ionenkanäle sind die Proteinstrukturen, die die transiente Öffnung eines Kanals durch die Zellmembran vermitteln, bisher nur in grobem Umriss, nicht aber im atomaren Detail bekannt.
Bei einigen Neuronen führt ein häufig wiederholter Reiz zu einer verstärkten Antwort. Dieser Prozess ist als Langzeitpotenzierung
bekannt, und bildet eine der molekularen Grundlagen des Lernens. Die Signalverarbeitung innerhalb des Nervensystems kann außerdem durch
Verschaltung verschiedener Neurone gesteuert werden. Neben der detaillierten Untersuchung der Funktion einzelner Proteine, Zellen und
Zellgruppen ist auch der Einfluss von Drogen, Nervengasen und Verletzungen auf höhere Funktionen des Nervensystems Gegenstand der
aktuellen Forschung.

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